Министерство образования Российской Федерации

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (тусур)

Кафедра автоматизированных систем управления (АСУ)

Контрольная работа №2 по дисциплине "Концепции современного естествознания"

Т.Я. Дубнищева

1. Как развивалось учение о химических процессах? Как можно ускорить или замедлить ход реакции и каково промышленное значение этого? Дайте представление о химической кинетике.

Успехи в развитии современной химии во многом определяются степенью управления химическими превращениями, которые непосредственно зависят от химической реакционной способности реагентов. Повышению степени управления химическими процессами способствует внедрение новых экспериментальных методов химических превращений с применением современных технических средств контроля и анализа сложных молекулярных структур. В упрощенном понимании химию можно представить как науку о превращениях одного набора химических веществ в другой. Такое превращение (химическая реакция) на молекулярном уровне означает перегруппировку одного набора молекул в другой. Химическая реакция начинается со смешивания реагентов и заканчивается образованием конечных продуктов. В большинстве случаев химическая реакция включает ряд промежуточных стадий, и для полного ее понимания нужны сведения о промежуточных молекулах, образующихся на каждой стадии, протекающей, как правило, очень быстро. Электромагнитное излучение играет важную роль не только в детальном исследовании промежуточных процессов химических превращений, но и в их инициировании.

Катализ – ускорение химической реакции в присутствии веществ – катализаторов, которые взаимодействуют с реагентами, но в реакции не расходуются и не входят в состав конечных продуктов. При гомогенном катализе исходные реагенты и катализатор находятся в одной фазе (газовой или жидкой), при гетерогенном – газообразные или жидкие реагенты взаимодействуют на поверхности твердого катализатора. Катализ обуславливает высокие скорости реакций при небольших температурах, предпочтительное образование определенных продуктов из ряда возможных. Каталитические процессы являются основой многих химико-технологических процессов, например, производства серной кислоты, некоторых полимеров, аммиака. Большинство процессов, происходящих в живых организмах, также являются каталитическими(ферментативными).

Хорошо известна реакция между кислородом и водородом, приводящая к образованию воды:

2Н₂ + О₂→ 2Н₂О.

Смесь двух объемов газообразного водорода и одного объема кислорода, называемая гремучим газом, способна реагировать со взрывом и выделением большого количества тепла. Однако реакция протекает настолько медленно, что даже после месячной выдержки данной смеси вряд ли удастся обнаружить хоть какое-нибудь количество воды. Скорость реакции повышается при нагревании реакционной смеси или при воздействии на нее электромагнитного излучения. Аналогичное действие оказывает и введение катализатора. Катализатор помогает преодолеть энергетический барьер, препятствующий началу реакции. Катализ еще со времен химика Берцелиуса (1779 – 1848) имеет исключительно важное значение для химических превращений.

Некоторые промышленные химические процессы проводятся в газовой форме при наличии твердых катализаторов, однако на практике чаще всего осуществляются жидкофазные каталитические процессы. В последние десятилетия не менее 20% всей промышленной химической продукции производят каталитическим способом, причем 80% из них – с участием гетерогенного катализа.

Но некоторые химические реакции наносят вред (ржавление железа, порча пищевых продуктов). Скорость таких нежелательных реакций необходимо замедлить. Ингибиторы - вещества, снижающие скорость химических, в том числе и ферментативных, реакций или подавляющие их.

Определение характера химического процесса предстало некоей задачей многих тел, решить которую почти невозможно. Но выход был найден в создании химической термодинамики и кинетики.

Термодинамический подход не дает скорости реакции, время не входит в уравнения. Поэтому сведения о скорости дает только кинетика. Некоторые ростки кинетических теорий можно отыскать в XVIII-XIX вв. Спор Бертолле с Прустом и победа атомистических взглядов Пруста оставили в стороне идеи Бертолле об обратимости химических реакций и о влиянии на ход реакций действующих масс. О законе действующих масс вспомнил Вант-Гофф, введя принятый сейчас термин "концентрация". Изменяя концентрации веществ, можно менять скорость и направление реакции, т.е. управлять процессом. Выразив константу равновесия через концентрации реагентов, Вант-Гофф подвел теоретический фундамент под закон действующих масс.